Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов.
Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.
Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.
Постоянный ток используется:
- Для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500 кВ). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП.
- В контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000 В.
- В сетях до 1000 В для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги и прочее.
- Для электросетей до 500 В, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов.
- В качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.
Поток электронов идет строго по прямой линии, никак не колеблясь и не изменяясь. У такого тока нет частоты, потому что нет колебаний. Поток электронов (каждый электрон) двигается строго в одном направлении от «минуса» к «плюсу». Поэтому в батарейках так важно соблюдать полярность. Если подключите два «минуса» или два «плюса», ток просто не потечет.
Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – то есть если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели электротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.
Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12 В; для строительной техники, например, экскаваторов, бульдозеров используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24 В. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7 В.
Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой (-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку).
На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.
Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.
Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц) означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50 Гц, то есть меняющий своё направление 100 раз в секунду.
Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном.
В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.
Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».
Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза». Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220 В.
Переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.
Особенностями переменного однофазного тока являются:
- Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
- Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.
Поток электронов постоянно колеблется с определенной частой (в 50 герц), образуя синусоиду (волнистую линию).
Поток электронов двигается как угодно, отдельные электроны в потоке тоже движутся хаотично. Для переменного тока не требуется соблюдать полярность.
Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.
Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства –трансформатора.
Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.
Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000 В городских сетей до 220 В домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.
Постоянный ток. Определение и параметры
Постоянный ток (DC — Direct Current) — электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени.
В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках.
Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины.
Постоянная составляющая тока и напряжения.
DC Если рассмотреть форму тока в нагрузке на выходе выпрямителей или преобразователей, можно увидеть пульсации — изменения величины тока, существующие, как результат ограниченных возможностей фильтрующих элементов выпрямителя.
В некоторых случаях величина пульсаций может достигать достаточно больших значений, которые нельзя не учитывать в расчётах, например, в выпрямителях без применения конденсаторов.
Такой ток обычно называют пульсирующим или импульсным. В этих случаях следует рассматривать постоянную
Постоянная составляющая DC — величина, равная среднему значению тока за период.
AVG — аббревиатура Avguste — Среднее.
Переменная составляющая AC — периодическое изменение величины тока, уменьшение и увеличение относительно среднего значения .
Следует учитывать при расчётах, что величина пульсирующего тока будет равна не среднему значению, а квадратному корню из суммы квадратов двух величин — постоянной составляющей (DC) и среднеквадратичного значения переменной составляющей (AC), которая присутствует в этом токе, обладает определённой мощностью и суммируется с мощностью постоянной составляющей.
Вышеописанные определения, а так же термины AC и DC могут быть использованы в равной степени как для тока, так и для напряжения .
Отличие постоянного тока от переменного
По ассоциативным предпочтениям в технической литературе импульсный ток часто называют постоянным, так как он имеет одно постоянное направление.
В таком случае необходимо уточнять, что имеется в виду постоянный ток с переменной составляющей.
А иногда его называют переменным, по той причине, что периодически меняет величину. Переменный ток с постоянной составляющей.
Обычно берут за основу составляющую, которая больше по величине или которая наиболее значима в контексте.
Следует помнить, что постоянный ток или напряжение характеризует, кроме направления, главный критерий — постоянная его величина,
которая служит основой физических законов и является определяющей в расчётных формулах электрических цепей.
Для переменного тока (напряжения) в большинстве случаев бывает важен критерий — отсутствие постоянной составляющей, когда среднее значение равно нулю.
Это ток, который протекает в конденсаторах, силовых трансформаторах, линиях электропередач. Это напряжение на обмотках трансформаторов и в бытовой электрической сети.
В таких случаях постоянная составляющая может существовать только в виде потерь, вызванных нелинейным характером нагрузок.
Параметры постоянного тока и напряжения
Сразу следует отметить, что устаревший термин «сила тока» в современной отечественной технической литературе используется уже нечасто и
признан некорректным. Электрический ток характеризует не сила, а скорость и интенсивность перемещения заряженных частиц. А именно, количество заряда, прошедшее за единицу времени через поперечное сечение проводника.
Основным параметром для постоянного тока является величина тока.
Единица измерения тока — Ампер.
Величина тока 1 Ампер — перемещение заряда 1 Кулон за 1 секунду.
Единица измерения напряжения — Вольт.
Величина напряжения 1 Вольт — разность потенциалов между двумя точками электрического поля, необходимая для совершения работы 1 Джоуль при прохождения заряда 1 Кулон.
Для выпрямителей и преобразователей часто бывает важными следующие параметры для постоянного напряжения или тока:
Размах пульсаций напряжения (тока) — величина, равная разности между максимальным и минимальным значениями.
Коэффициент пульсаций — величина, равная отношению действующего значения переменной составляющей AC напряжения или тока к его постоянной составляющей DC.
Похожие статьи: Параметры переменного тока.
Замечания и предложения принимаются и приветствуются!
ПОСТОЯННЫЙ И ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
В 21-веке электроника стала очень популярной. Многие люди хотят узнать больше о радиотехнике и начинают читать специальные книги, хотя многое в книгах не понятно. И поэтому начинают путаться, задавать много вопросов. Не могут найти подходящие и понятные сайты о электронике, где можно вкратце и просто понять что к чему. Но что-то мы далеко ушли, ладно давайте приступим к делу. Задача — рассказать всё подробнее и понятнее о постоянном и переменном токе.
Постоянный ток
До того времени, когда не было радиоприёмников и радиосвязи, был ток который тёк в одну сторону — его назвали постоянным, на графике он изображается прямой линией, как показано на рисунке ниже.
Давайте разберёмся, каков принцип работы этого тока, а он очень прост. Потому что постоянный ток течёт только в одну сторону. На мощных электростанциях вырабатывается переменный ток, его нужно сделать в постоянный. Постоянный ток может создать только гальванический элемент. Гальванический элемент — это элемент вырабатывающим постоянный ток, то есть обычная батарейка. Принцип работы батарейки разбирать не будем, нам сейчас главное, чтобы в вашей памяти уложился только постоянный и переменный ток. Допустим, мы выработали постоянный ток, он начнёт двигаться от плюса к минусу, это обязательно запомнить.
Переменный ток
Теперь переходим к переменному току, всё радиосвязь появилась, переменный ток стал изюминкой. Рассмотрим график переменного тока. Вы сразу обратили внимание на эти странные буквы, они нам не нужны, кроме одной – Т. У переменного тока есть особенность, он может менять своё направление, например: он, движется то в одну сторону, потом в другую. Этот процесс называется колебанием или периодом. На рисунке период обозначен этой самой буквой Т. Видно, что выше оси t волна, и ниже её, тоже волна. Это значит, что выше оси это движение к плюсу, а ниже, движение к минусу, проще говоря, это положительный полупериод, почему полупериод, потому что два полупериода равны T, то есть равны периоду, значит они всё таки полупериоды. Период — то же самое, что и колебание. Несколько колебаний совершённые в 1 секунду называют частотой. Итак, разобрались, что такое постоянный и переменный ток, думаю что разобрались.
Запомните: В розетке всегда 220 В переменного тока — он очень опасный. Один удар может даже убить человека, поэтому соблюдайте осторожность!
В памяти у вас должно отложиться: движение постоянного и переменного тока; графики постоянного и переменного тока; что такое частота, полупериод, период.
Кстати забыл сказать, в чём измеряется частота. Запомните: частота измеряется в Герцах. Допустим, совершается 50 колебаний в секунду, это значит что частота равна 50 герц. Таким образом можно определять любые другие значения. Всем пока, с вами был Дмитрий Цывцын.
В чем разница между сваркой переменным и постоянным током? – Всё для сварки
Если вы уже работали со сваркой или хотя бы немного знакомы с ней, то, скорее всего, слышали термины “AC” и “DC”. AC и DC — это различные типы токов, которые используются в процессе сварки. Поскольку при сварке используется электрическая дуга, создающая тепло, необходимое для расплавления металла, ей необходим стабильный ток с различной полярностью, которая зависит от свариваемого материала.
Чтобы сделать качественный сварной шов, для начала нужно понять, что означают эти два тока на сварочном аппарате, а также на электродах.
Но сначала: в чем разница между сваркой переменным и постоянным током?
Сварка DC и AC относится к полярности тока, проходящего через электрод аппарата. AC означает переменный ток, а DC — постоянный. Прочность и качество сварного шва будут зависеть от полярности электрода.
Что такое полярность?
Скорее всего, вы знакомы с термином «полярность».
Электрические цепи имеют полюса — отрицательный и положительный. В цепи с постоянным током (DC) движение электронов идет в одном направлении от плюса к минусу. Применительно к сварке отрицательный полюс получает меньше тепловой нагрузки.
Переменный ток (AC), как следует из названия, меняется в направлении, в котором он идет. Половину времени он идет в одном направлении, а другую половину — в противоположном. Переменный ток меняет свою полярность примерно 120 раз в секунду при токе 60 Гц.
Прямая полярность при сварке постоянным током дает более глубокое проплавление металла. А обратная полярность отлично подходит для сварки тонколистовых заготовок за счет меньшего тепловложения.
Покрытые электроды иногда могут использовать любую полярность, в то время как некоторые будут работать только на одной.
Качественный сварной шов предполагает правильное проплавление и равномерное наплавление валика, а для этого необходимо использовать правильную полярность. При неправильной полярности вы не только получаете плохое проплавление и неравномерное образование валика, но и чрезмерное разбрызгивание и перегрев, а в некоторых случаях можно даже потерять контроль над дугой.
Электрод также может быстро сгореть.
Большинство сварочных аппаратов для дуговой сваркиимеют обозначенные клеммы или направления, чтобы сварщики точно знали, как настроить сварочный аппарат на переменный или постоянный ток. Некоторые сварочные аппараты также используют переключатели для изменения полярности, а некоторые требуют переподключение клемм кабеля.
Сварка различными токами
Различные типы сварных швов требуют разного вида токов из-за природы их возникновения и оказываемого ими воздействия.
Сварка переменным током
Сварка переменным током считается уступающей сварке постоянным током и поэтому используется редко. Сварочные аппараты переменного тока чаще всего используются только при отсутствии аппаратов постоянного тока.
Сварку переменным током чаще всего используют для соединения толстолистового металла, быстрой наплавки и TIG-сварки с высокой частотой, хотя иногда она также используется для устранения проблем, связанных со сварочной дугой. Проблемы с дугой возникают, когда она прерывает сварное соединение, которое должно свариваться при более высоких уровнях тока, что происходит в основном при работе с электродами, имеющими большой диаметр.
Сварка переменным током также может использоваться для намагниченных металлов, что невозможно при сварке постоянным током. Постоянное изменение направления тока при сварке переменным током означает, что намагниченный металл не будет влиять на электрическую дугу.
Переменный ток также лучше подходит при работе с высокими температурами. Так как он обеспечивает высокий уровень тока, что создает глубокий провар, и поэтому используется для сварки при строительстве кораблей.
Сварка переменным током хорошо подходит для ремонта оборудования, так как многие из них имеют намагниченные поля и участки, подвергшиеся ржавчине.
Однако, нестабильность направления при сварке переменным током также может быть недостатком в том, что процесс имеет меньшую производительность, чем при сварке постоянным током.
Сварка постоянным током
Сварка постоянным током, как и сварка переменным током, имеет свои преимущества, и используется в случаях, когда сварка переменным током не может обеспечить должного результата, например, вертикальная сварка, пайка одним припоем или TIG-сварка нержавеющей стали.
Сварка на постоянном токе имеет более высокую скорость осаждения, она лучше всего подходит для сварщиков, которым требуются большие размеры наплавленного слоя. Несмотря на то, что сварка переменным током обеспечивает лучшее проплавление, она имеет более низкую скорость осаждения, что может быть непригодно.
При сварке постоянным током образуется также меньше брызг, чем при сварке переменным током, что делает сварочный шов более равномерным и гладким. Постоянный ток также является более надежным, и поэтому с ним легче работать, так как электрическая дуга остается стабильной.
Сварка постоянным током часто используется для сварки тонких металлов. Оборудование, работающее с этим типом тока, также дешевле, что помогает сократить расходы.
Однако, несмотря на то, что само оборудование имеет более низкую стоимость, процесс фактического использования постоянного тока немного дороже.
Это происходит из-за того, что необходимо специальное оборудование для преобразования переменного тока на постоянный, потому что это не предусмотрено электрической сетью. Однако, поскольку постоянный ток лучше подходит для большинства видов сварочных процессов, эти затраты считаются необходимыми.
Хотя сварка постоянным током лучше для многих металлов, она не рекомендуется при работе с алюминием, так как для этого требуется выделение тепла высокой интенсивности, что невозможно при использовании постоянного тока. Кроме того, если при работе с постоянным током будет создаваться магнитное поле, то возрастет риск дугового разряда, что может быть опасно.
Какой электрод использовать?
Так как вид используемого тока влияет на полярность на электроде, надо учитывать используемый электрод.
Для сварки методом TIG чаще применяют постоянный ток прямой полярности. Иногда также используют ток обратной полярности или переменный ток. В этих случаях применяют вольфрамовые электроды с легирующими добавками для улучшения стабильности дуги.
Например, используют:
- WP — вольфрамовые электроды для сварки на переменном токе;
- WL-20 и WL-15 — легированные вольфрамовые электроды для сварки на постоянном и переменном токах.
Для ММА сварки в основном использую покрытые плавящиеся электроды.
В настоящее время производители выпускают электроды с четырьмя видами обмазки:
- Кислое (маркировка “А”). В его составе железо и марганец в довольно большом объеме. Можно сваривать неочищенный металл.
- Основное (маркировка “Б”). Эти электроды можно использовать для работы на переменном токе, но из-за малого потенциала ионизации не рекомендуется этого делать.
- Рутиловое (маркировка “Р”). Лучше всего подходит для работы на переменном токе. Небольшое разбрызгивание металла и хорошее качество шва.
- Целлюлозное (маркировка “Ц/С”). Подходит для работы на переменном и постоянном токе, но выдает много брызг металла.
Существует несколько различных видов электродов для сварки переменным током, но многие из них могут использоваться как для сварки переменным током, так и для сварки постоянным током.
Выбор правильной полярности и тока, а также правильного электрода может иметь решающее значение для выполнения хорошего сварного шва.
Какой ток опаснее постоянный или переменный для человека — AC
Во всех современных квартирах и частных домах есть электроприборы и электропроводка, поэтому у жильцов всегда есть опасность попадания человека под высокое напряжение. Со времён Эдисона и Теслы в быту используется переменный ток, частота которого в Европе и странах СНГ составляет 50Гц.
Это значит, что его положительный и отрицательный вывода в розетке меняются местами 100 раз в секунду. Необходимое для работы многих устройств постоянное пониженное напряжение вырабатывается во встроенных или внешних блоках питания.
Несмотря на кажущуюся безопасность бытового напряжения, при неосторожном обращении с ним можно получить серьёзные электротравмы, вплоть до летального исхода. В этой статье рассказывается, каковы последствия воздействия электроэнергии на организм, а также какой ток опаснее — постоянный или переменный.
Отличие между постоянным и переменным током
Согласно школьному курсу физики, электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. В металлических проводах это свободные электроны, а в организме человека, на 55-70% состоящем из воды, эту роль выполняют ионы различных элементов, в основном поваренной соли.
Есть два типа электрического тока:
- Переменный ток (от англ. Alternative Current — AC). Направление движения электронов в проводах и полярность на выводах периодически меняется.
- Постоянный ток (от англ. Direct Current — DC). Его особенность в том, что полярность и направление движения электронов остаются неизменными.
В начале ХХ века было много споров между сторонниками постоянного и переменного напряжения. Победила концепция переменного тока. Его легче передавать от электростанции к потребителю, изменять величину напряжения, а электродвигатели переменного тока устроены проще и дешевле.
Несмотря на то, что величина переменного напряжение частотой 50Гц поднимается до максимума и снижается до «0» 100 раз в секунду, лампы накаливания светят ровным светом.
Это связано с тем, что такую частоту мерцания глаза не замечают, а нагретая нить накала не успевает остыть, что уменьшает их амплитуду. В светодиодных и энергосберегающих лампочках питание осуществляется от встроенного драйвера (блока питания), который исключает колебания светимости.
Постоянный ток: безопасность при низком напряжении
Электрическое напряжение любого типа является безопасным только до определённого уровня. Например, вывода плоской батарейки 3R12 4,5В при прикосновении к ним языка имеют кислый вкус, «Крона» 9В вызывает болезненные ощущения, а вывода из прикуривателя автомобиля пробовать языком вообще не следует, но совсем не ощущаются сухими руками без порезов.
Аппарат электрофореза, который используется в поликлиниках, имеет выходное напряжение =60В, что приводит к протеканию тока через организм 50мА. Это воздействие вызывает лёгкое пощипывание. Такое же переменное напряжение, поданное через электроды и влажную марлю, может нарушить ритм сердечных сокращений. В связи с этим постоянный ток при напряжении до 48В считается безопаснее переменного.
| Важно! Некоторые «мастера» при ремонте зарядок мобильных телефонов и планшетов проверяют исправность аппарата языком. Несмотря на низкое 5В напряжение, при некоторых неисправностях аппарата на выходе может оказаться потенциал 220В, поэтому такая проверка является смертельно опасной. |
Постоянный ток: опасность при высоком напряжении
При величине напряжения выше 500В постоянный ток также опасен, как и переменный. Попадание человека под постоянное напряжение может вызвать нарушение работы сердца. Это относится не только к сети, но и к заряженным конденсаторам ёмкостью большой ёмкости.
Энергии, запасённой в элементе, достаточно для нанесения вреда здоровью. Сравнивая эти два вида напряжения можно сказать, что однозначного ответа, что опаснее — переменный или постоянный ток дать нельзя.
Это зависит от напряжения:
- до 500 В переменный ток AC может причинить бОльший вред, чем постоянный;
- при 500 В оба вида напряжений опасны примерно одинаково;
- выше 500 В постоянный ток DC более опасен.
| Важно! Полностью безопасным является только пониженное напряжение. Его величина зависит от типа помещений и указывается в ПТБ и ПУЭ. |
Переменный ток: безопасность при высокой частоте
Есть разновидность переменного напряжения, которая является безопасной при любом потенциале. Это напряжение частотой более 20кГц. Благодаря скин-эффекту ток сверхвысокой частоты проходит по поверхности кожи, не попадая внутрь организма к жизненно важным органам. Никола Тесла при демонстрации этого явления прикасался к электродам, находящимся под напряжением 100кВ с частотой 100кГц без вреда для здоровья.
Какой ток опасен для человек
На самом деле само по себе напряжение опасным не является. Опасен ток, проходящий через организм человека. Он зависит не только от потенциала, но и от сопротивления кожных покровов в месте контакта и других факторов:
- сухая обувь, чистые руки и деревянный пол уменьшают опасность поражения;
- приём спиртных напитков перед работой также уменьшает сопротивление и увеличивает поражающую силу высокого напряжения.
| Интересно! Несмотря на то, что напряжение на электродах ионизатора воздуха достигает 25 кВ, ток при прикосновении настолько мал, что не ощущается человеком. |
При одинаковых условиях переменный ток считается более травмоопасным. Это связано с тем, что опасный ток для человека зависит от вида напряжения — безопасная величина переменного тока, на которую настраивается уставка УЗО, составляет 10 мА, а для постоянного опасное воздействие начинается с 50 мА, которые являются максимальными для работы аппарата электрофореза.
Кроме силы тока, проходящего через организм, степень воздействия зависит от пути его прохождения и продолжительности контакта пострадавшего с токоведущими частями.
И всё же, почему переменный ток опаснее постоянного? Есть несколько факторов, делающих его воздействие более опасным:
- Постоянный ток при протекании через организм вызывает спазм мускулатуры. Это менее опасно, чем сокращение и расслабление мышц под воздействием переменного тока. Поэтому для причинения одинакового вреда здоровью величина постоянного тока и, соответственно, напряжение должны быть в несколько раз выше, чем переменного.
- Электротравмы со смертельным исходом чаще всего происходят от фибрилляции желудочков сердца. Это состояние возникает от воздействия переменного напряжения и может потребовать реанимационных действий и использования дефибриллятора. При воздействии постоянного тока происходит спазм сердечной мышцы, который может пройти после освобождения человека от напряжения.
- Есть широко распространённое мнение, что при попадании под переменное напряжение легче освободиться самостоятельно. Это связано с тем, что при таком воздействии происходит периодическое расслабление мускулатуры. Такая версия была бы правильной, если бы частота в розетке была 1-2 Гц, но при частоте 50Гц сокращения и расслабления происходят 100 раз в секунду и паузы между спазмами настолько короткие, что человек не успевает на них отреагировать.
Проведённые эксперименты подтверждают, что взятый в руку электрод с постоянным напряжением, получается отпустить легче и быстрее.
Как видно из материалов статьи, при одинаковом напряжении травмы при поражении переменным током опаснее, чем постоянным.
| Важно! Полностью безопасного напряжения, кроме сверхнизкого, не существует. При работе необходимо соблюдать осторожность и все требования, указанные в ПТБ и ПТЭЭП. |
Пути прохождения тока через тело человека
То, какой ток опасен для человека, зависит не только от его величины, но и от пути прохождения через тело.
При попадании человека под напряжение ток стремится пройти по кратчайшему расстоянию. В зависимости от места контакта попасть в зону поражения могут различные органы и части тела. Есть различные варианты прохождения электрического тока через тело. Некоторые из них встречаются реже, другие чаще.
Особенно опасным являются те пути прохождения тока, при которых происходит поражение сердца, спинного и головного мозга и лёгких. Правда, это не значит, что остальные пути являются безопасными.
| Информация! В статистику электротравматизма попали только такие случаи, при которых пострадавшенму потребовалась медицинская помощь. |
Рука — рука
Чаще всего электромонтёры травмируются во время работы при прикосновении разными руками к фазному проводнику и к заземлённой конструкции или к другому фазному проводу.
Такие травмы составляют около 40% всех обращений к врачам. Ток идёт через верхнюю часть груди и до 3,3% проходит через сердце. При травмировании напряжением 220 В до 83% пострадавших теряют сознание.
Правая рука — ноги
Прохождение электрического тока по пути «рука-ноги» является опасным для жизни. Электроэнергия проходит через сердце, ноги и спинной мозг, причём на сердечную мышцу приходится 6,7%.
Такая электротравма происходит, если на работнике надета обувь с гвоздями в подошве, а пол бетонный или влажный деревянный.
Частота этих травм составляет 20%, количество потерявших сознание 87%.
Левая рука — ноги
Причины травмирования в этом случае аналогичны ситуации «правая рука — ноги», но встречается несколько реже — в 17% случаев. Это связано с тем, что большинство людей предпочитают работать правой рукой.
Доля тока, проходящего через сердце, составляет 3,7%, поэтому количество пострадавших потерявших сознание 80%.
Нога — нога
Такое прохождение тока происходит при попадании человека под шаговое напряжение. Этих случаев всего — 6%. Доля тока через сердце составляет 0,4%.
Основная опасность таких травм заключается в судорогах или спазмах ног. При этом человек может упасть и величина шагового напряжения увеличится, а ток пойдёт по пути «руки-ноги» или «голова-ноги», поэтому пострадавшие теряют сознание в 15% случаев.
Голова — ноги
Достаточно редкая, около 5% случаев, но опасная ситуация. Возникает при работе без головного убора в распредустройствах и высоких панелях управления.
Поражаются головной и спинной мозг, позвоночник и внутренние органы. Часть тока, проходящая через сердце 6,8%, До 88% пострадавших теряют сознание и нуждаются в реанимационных мероприятиях и госпитализации.
Голова — руки
Эта ситуация опаснее, чем травма «голова-ноги». Часть тока, проходящего через сердце, составляет 7%, попавшие под напряжение теряют сознание в 92% случаев.
Причины травмирования аналогичны предыдущей, частота появления составляет 4%.
Другие пути
Около 8% случаев электротравматизма связаны с прикосновением к токоведущим частям другими частями тела. Чаще всего это происходит при работе без спецовки или летом, в расстёгнутых куртках без рубашки.
| Важно! Для предотвращения электротравматизма необходимо соблюдать требования ПТБ и использовать основные и дополнительные защитные средства — перчатки, галоши, коврики и инструмент с изолированными ручками. |
Величина тока опасная для жизни человека в Амперах
В таблице можно увидеть, какой ток опаснее постоянный или переменный при разных значениях — от практически неощутимых до смертельно опасных.
Как видно из материалов статьи и таблицы, ответ на вопрос «какой ток опаснее постоянный или переменный» однозначный — переменное напряжение является значительно более опасным.
| Сила тока, мА | Воздействие на организм | |
| Переменный ток | Постоянный ток | |
| 0,6-1,5 | небольшой зуд и незначительное покалывание кожи | не ощущается |
| 2-3 | при протекании через руку её сводит незначительной судорогой, может ощущаться не только кистью, но и запястьем | не ощущается |
| 5-7 | сильные болезненные судороги | лёгкое покалывание и нагрев поверхности кожи |
| 8-10 | сильная боль и судороги, сохраняется возможность самостоятельно разжать руки и освободиться от воздействия тока | возрастают покалывание и нагрев кожи |
| 20-25 | паралич конечностей, значительно затрудняется дыхание, возможность отпустить оголённый провод | усиливается нагрев и покалывание поверхности кожи, появляются незначительные судороги |
| 50-80 | паралич дыхательных мышц, нарушение сердечного ритма | значительный нагрев кожи, усиливаются судороги мышц, затрудняется дыхание |
| 90-100 | остановка дыхания, через 3 секунды начинается фибрилляция сердца, без реанимационных действий возможен летальный исход | паралич дыхательной мускулатуры |
С переменным напряжением современные люди сталкиваются всё время, дома и на производстве. Для того чтобы предотвратить электротравмы необходимо соблюдать технику безопасности при эксплуатации электроприборов. Особенно важно обучить правилам пользования электричеством детей.
Розетки в доме должны иметь заземляющий контакт, необходимо также во вводном щитке установить УЗО или дифференциальный автомат.
Похожие материалы на сайте:
Понравилась статья — поделись с друзьями!
Какой ток в розетке переменный или постоянный (AC или DC)
Всем известно, что в розетках есть электрическое напряжение, но мало кто задумывается о том, какое это напряжение — переменное или постоянное.
Почти вся производимая электроэнергия является переменной, а постоянная, вырабатываемая генераторами постоянного тока и солнечными электростанциями перед поступлением в сеть преобразовывается в переменный ток, поэтому более, чем в 98% розеток переменный ток. Переменным называют такое напряжение, которое периодически изменяет свою полярность и величину. Единицей частоты этих изменений является 1Гц (герц).
Генераторы переменного тока проще по конструкции и дешевле, а величина переменного напряжения меняется при помощи трансформаторов. Чем выше напряжение, тем меньше потери и необходимое сечение проводов, а перед поступлением в розетки оно уменьшается до 220В (в США 230В). БОльшая часть бытовых электроприборов предназначены для питания переменным напряжением, а те из них, которые нуждаются в постоянном токе, подключаются через блоки питания.
В этой статье рассказывается о том, какой в розетке ток переменный или постоянный, чем они отличаются друг от друга и почему именно переменное напряжение используется дома и на предприятиях.
Что такое электрический ток
В школе на уроках физики ученикам рассказывают, что электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. В металлах, из которых изготавливаются провода, носителями заряда являются электроны.
На электростанциях электроэнергия вырабатывается при помощи генераторов при вращении вала электромашины. Он приводится в движение разными способами, которых получает название электростанция:
- нагретый пар — тепловая;
- вода нагревается ядерным реактором — атомная;
- падающая или текущая вода — гидроэлектростанция;
- ветер — ветроэлектростанция.
На валу генератора находится электромагнит, а в статоре обмотки, при вращении ротора магнит вращается вместе с ним. При этом магнитное поле, пересекающее катушки, меняется по своему направлению и величине за счёт чего в них наводится электрическое напряжение, также меняющееся по величине от 0 до 100% и от прямой полярности к обратной.
Частота этих изменений в электросетях России, других стран СНГ и Евросоюза составляет 50 раз в секунду или 50Гц. Напряжение на выходных клеммах генератора может быть различным, но по пути к потребителю оно проходит через трансформаторы и в бытовых розетках составляет 220В.
Постоянное напряжение является неизменным по величине и полярности. Первоначально производилось медно-цинковыми батареями, позже к ним добавились генераторы постоянного тока, в которых напряжение вырабатывается при вращении вала с обмотками в магнитном поле. В наше время вырабатывается в основном аккумуляторами, батарейками и солнечными электростанциями.
| Интересно! В автомобилях используются генераторы переменного тока со встроенными выпрямителями. Выходное напряжение этого устройства регулируется током в обмотке ротора. |
Виды электрического тока в быту
Для того, чтобы определить какой ток в розетке, нет необходимости изучать этот вопрос на уровне ВУЗа. Есть всего две разновидности напряжения — постоянное и переменное.
Ответ на вопрос какой ток в розетке переменный или постоянный является однозначным сейчас, но в начале ХХ века на эту тему спорили два великих изобретателя — Никола Тесла, поддерживавший идею переменного тока, и Томас Эдисон, выступавший за постоянный ток. В этот период мог быть в розетке постоянный или переменный ток, в зависимости от страны и схемы электроснабжения здания.
В конце концов победила точка зрения Теслы, а постоянный ток сейчас используется в основном в электроприводах, которые питаются от сети переменного тока через диодные или тиристорные выпрямители.
Интересно! В некоторых зданиях в Сан-Франциско в 2012 году сохранялись лифты, запитанные от сети постоянного тока. Это оборудование и подвод такого напряжения к зданиям сохранялись как раритет. В Нью-Йорке такие установки работали до 2007 года.
Постоянный ток
Международный символ этого напряжения DC — Direct Current (постоянный ток), а условное обозначение на электросхемах «—» или «=». Величина и полярность этого вида напряжения являются неизменными, а сила тока изменяется только при изменениях нагрузки. Этот вид электрического тока производится аккумуляторами, батарейками и элементами солнечных электростанций.
От сети постоянного тока работают двигатели трамваев, троллейбусов и другого электротранспорта. Эти электродвигатели имеют лучшие тяговые характеристики, чем двигатели переменного тока.
Информация! От постоянного напряжения работает бОльшая часть электронных схем, но они получают питание от сети переменного тока через встроенный или внешний блок питания с выпрямителем.
Переменный ток
Международное обозначение этого напряжения AC — Alternating Current (переменный ток), а условное обозначение на электросхемах «~» или «≈».
Величина и полярность переменного тока в сети всё время меняется. Частота этих изменений составляет 50Гц в Европе и некоторых других странах и 60Гц в США. Большинство бытовых и промышленных электроприборов изготавливаются для питания переменным напряжением.
Практически вся электроэнергия, используемая в быту и промышленности, является переменной. Для передачи на большие расстояния его повышают при помощи трансформаторов, а в конечной точке линии понижают до необходимой величины. Это позволяет уменьшить стоимость ЛЭП и потери. Для того, чтобы исключить колебания напряжения, для особоважных приборов устанавливаются стабилизаторы.
При увеличении напряжения и неизменной передаваемой мощности сила тока и сечение проводов пропорционально уменьшается. Если напряжение не повышать, то для подачи электроэнергии к потребителю необходимо использовать кабеля большого сечения, а передача на большие расстояния окажется невозможной. Вот почему в розетке переменный ток.
В домашней розетке два контакта — фазный и нулевой. В некоторых случаях к ним добавляется заземляющий. Это однофазное напряжение является частью трёхфазной системы. Она включает в себя три одинаковых сети. Напряжение в этих сетях сдвинуто по фазе на 120° друг относительно друга.
Вначале эта система была шестипроводной. В таком виде её изобрёл Никола Тесла. Позже М. О. Доливо-Добровольский усовершенствовал эту схему и предложил передавать трёхфазное напряжение по трём или чётырём проводам (L1, L2, L3, N). Он также показал преимущества трёхфазной системы электроснабжения перед схемами с другим числом фаз.
Параметры домашней электрической сети
После определения ответа на вопрос, какой в розетке ток переменный или постоянный, следует выяснить другие параметры домашней электросети.
Основными из них являются следующие:
- Напряжение. В бытовых розетках используется однофазное напряжение 220В. При большой протяжённости линии эта величина может значительно отличаться от номинальной. В этом случае необходимо использовать стабилизатор.
- Частота. В большинстве стран, за исключением Соединённых Штатов, частота составляет 50Гц, в США 60Гц. Этот параметр общий для энергосистемы государства.
- Наличие заземления. В розетках и электропроводке, установленных в СССР, заземление отсутствует. По современным требованиям ПУЭ его монтаж является обязательным и в розетках кроме фазного «L» и нулевого «N» контактов есть заземляющий контакт «РЕ».
На какую силу тока рассчитана розетка
Кроме напряжения важным параметром является допустимый ток и мощность. Независимо от сечения вводного кабеля и номинального тока вводного автомата к обычным розеткам нельзя подключать оборудование, мощность которого превышает 3,5кВт или 16А. Этого достаточно для любой бытовой техники кроме электроплит, нагревателей проточной воды и бойлера.
Эти аппараты желательно присоединять с электросети через клеммник или использовать промышленные розетки. Такие устройства производятся для любого количества фаз и допустимый ток, в зависимости от модели, составляет до 125А.
Похожие материалы на сайте:
Понравилась статья — поделись с друзьями!
Переменный ток против постоянного « Попаданцев.нет
На первый взгляд вопрос странный.
Однако, как только мы начнем внедрять электрические генераторы, этот вопрос всплывет.
И, как оказывается, однозначного ответа не него нет.
Поэтому давайте сравним плюсы и минусы, а начнем с рассмотрения ситуации, которая происходила в реальности — с мини-войны Эдисона и Вестингауза…
Все началось с того, что в 1879 году Эдисон получил патент на лампочку. То есть — на лампу накаливания с углеродной нитью. Это была не первая лампочка накаливания, идея висела в воздухе. Но это была первая лампочка, которая годилась к массовому производству — это был не макет, а готовая к внедрению модель.
Весь смысл изобретения в том, что до электролампочки электричество в быту было не нужно. Сейчас у нас куча кухонных комбайнов, стиральных машин и пылесосов. Тогда с этими задачами справлялась служанка (и что-то мне подсказывает, что готовила она лучше Moulinex`а в моих руках). До холодильников и радиоприемников дело еще не дошло, а все остальные применения были промышленными. Даже бытовой электромеханический вибратор был запатентован в 1880 году (на следующий год после изобретения лампочки, и является одним из первых бытовых электрических приборов).
Итак, годная к продаже лампочка была, но кому она была нужна, если жилые помещения были неэлектрифицированы?
Томас Элва Эдисон был настоящим американцам и увидел здесь очень широкие возможности для бизнеса.
Он создал «Эдисон Электрик Компани», создал генератор постоянного тока (картинка слева), построил электростанцию в Нью-Йорке и начал протягивать электрические сети — сначала для освещения улиц, а потом и квартир.
Но так как генератор у него был постоянного тока и сети он протягивал тоже постоянного тока.
Он был первый и всё, на первый взгляд, было в шоколаде.
Однако, случилось непредвиденное.
Тесла придумал генератор переменного тока и за космическую сумму в 1 млн долларов продал пакет из 40 изобретений по оборудованию переменного тока в компанию Westinghouse Electric. Это произошло в 1888 году, а с 1890 года компания Эдисона почувствовала жесткую конкуренцию.
Борьба была нешуточная.
И велась она, как ни странно, не в технической области (тогда это все было слишком ново и мало кто понимал разницу), а именно в области PR. Эдисон доказывал не эффективность использования постоянного тока, а именно то, что понимал обыватель — что постоянный ток для здоровья куда менее опасен, чем переменный. Сотрудники Эдисона ездили по городам и публично демонстрировали, как переменный ток убивает бродячих животных. Апофеозом оказался слон, который затоптал пятерых в Нью-Йорке и владелец которого решил избавиться от животного. Слон был убит переменным током, это было снято на кинопленку и в дальнейшем демонстрировалось как учебный фильм. Желающие могут найти это видео в википедии — слониху звали Топси, ей в 2003 году зачем-то поставили памятник.
Однако, так случилось, что Эдисон сам себя перехитрил.
В то время приговоренных к смерти преступников казнили через повешение. Надо сказать, не самый эстетичный вид казни, а тут — эпоха просвещения, электрическое освещение, монгольфьеры летают, Жюль Верн книги пишет — и казнь через повешение. Как-то не комильфо.
Но почему-то, вместо использования обкатанной технологии гильотины, специально созданный комитет по обновлению методов казни обратился к Эдисону.
Эдисон сначала отказался с ними сотрудничать — его наука таким не занимается.
Но потом ему пришла «гениальная» идея. Он посоветовал использовать для казни переменный ток конкурента — чтобы этого конкурента очернить. Все-таки одно дело упокоенный слон, а другое дело — казнь преступников.
Первый электрический стул сделали в 1890-м, но первая же казнь оказалась ужасной. Приговоренный к смерти отказывался умирать. Его в общей сложности долбали током 9 минут и скорее зажарили электричеством, чем убили. В общем, казнь получилась жуткая, куда страшнее чем ему бы просто отрубили голову. То есть вроде бы все произошло очень удачно с точки зрения Эдисона.
Однако, Эдисон не рассчитал общественное мнение. Авторитет Эдисона в области электричества в то время был непререкаем. И люди забыли, что казнь проводилась методами конкурента Эдисона, важно было лишь то, что посоветовал это Эдисон. То есть виновником такой казни оказались совсем не конкуренты, чей переменный ток использовался. И люди отвернулись от Эдисона, в прессе много писали против него и в результате — в электрической розетке мы все сейчас имеем переменный ток.
Однако, если взять Нью-Йорк, который первым начал электрифицироваться постоянным током, то лифты, вентиляторы и помпы, работающие на постоянном токе, были отключены только в 2007 году, а метро до сих пор ездит на постоянном токе (и отнюдь не только в Нью-Йорке). Победа переменного тока ни у кого не вызывает сомнения, но в 2005 году в Нью-Йорке было еще 1600 потребителей сети постоянного тока… Пацаны не знали?
Давайте это выясним.
Просто сведем плюсы постоянного тока и переменного.
Итак, ПЛЮСЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА:
1. Некоторые электрические приборы (например, радио или электролитическая ванна) должны питаться постоянным током. И в начальных условиях будут важны именно устройства с питанием от постоянного тока — попаданцу нужна гальваника. В случае постоянной сети мы его и так имеем, нам не нужен выпрямитель, который в древности сделать либо очень сложно, либо вообще нельзя. Особенно весело с силовыми выпрямителями, рассчитанными на большие токи-напряжения. Вообще механические выпрямители — это жесть! Но и ртутные выпрямители (игнитроны) тоже не подарок.
2. Аккумуляторы заряжаются постоянным током. Никакого геморроя с выпрямителями.
3. Простое согласование потребителей постоянного тока. В переменном токе есть такой параметр, как «косинус фи» (power factor — PF). Он определяет согласованность между активной и реактивной мощностью, то есть между фазами тока и напряжения. Если у вас мощная нагрузка в сети переменного тока (например, станочный парк в цехе), то она при некоторых условиях может вызвать рассогласованность в фазах. А это ведет к проблемам на генераторах переменного тока, ну и в нашей стране за такое рассогласование просто штрафуют.
У постоянного тока такое может возникать разве только при переходных процессах и во внимание не берется.
4. Самые простые вольтметры и амперметры — магнитоэлектрические, но они не в состоянии измерить параметры в сетях переменного тока. Поэтому приходится использовать другие схемы, часто не такие точные и надежные. Когда изобрели переменный ток, то его измерение было большой проблемой. Скорее всего приборы для переменного тока и для попаданца окажутся головной болью. И не надо забывать, что главным прибором, запущенным в массовое производство, будет не вольтметр (потребность в которых единицы экземпляров), а электрический счетчик. Без счетчика никакой продажи электроэнергии не будет.
5. Расчет электродвигателя постоянного тока со щетками очень прост. Скорость вращение регулируется просто напряжением без всяких проблем, главное чтобы в разнос не пошел.
6. Линии электропередач на постоянном токе очень перспективны, они позволяют передавать электричество на большие расстояния с минимальными потерями. Однако, тут есть своя ложка дегтя — напряжения должны быть очень высокими, польза будет от ЛЭП постоянного тока напряжением в 500 киловольт и выше. А так как и генераторы и потребители сейчас все используют переменный ток, то такие линии оказываются задачей очень сложной. Как вам выпрямитель на пол-миллиона вольт? А если он тиристорный, да на 800 киловольт, да на мощность 8 ГВт? Это же просто эпическое устройство!
Естественно, таких линий на нашей планете мало, можно пересчитать на пальцах. И хотя этим преимуществом постоянного тока попаданец воспользоваться не сможет, это все равно преимущество.
7. В некоторых случаях — метро или трамвай, можно ограничиться одним силовым проводом. Вторым проводом являются рельсы, на которых нет напряжения, это просто «земля», безопасная для пользователя. В случае с переменным током такой финт не проходит.
ПЛЮСЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. На короткие дистанции переменный ток передавать проще. Много-много проще и с куда меньшими потерями.
Именно этим в основном, и определяется то, что пользователи ушли от постоянного тока Эдисона. Эдисон раздавал 110В, но у него не получалось раздать дальше, чем 2.6 км от электростанции. С переменным током это решается просто — понижающими подстанциями, но на постоянный ток трансформатор не поставить, а вводить в квартиру вольт 600 может оказаться опаснее гильотины на кухне.
2. Генератор переменного тока конструктивно проще. Если правильно подойти, его несложно сделать бесколлекторным и асинхронным с самовозбуждением, когда не нужны щетки и постоянные магниты (а мощный магнит — больное место в древности). Особенно хорошо получаются трехфазные генераторы. Собственно, я даже не знаю, существуют ли сейчас генераторы со щетками и постоянными магнитами.
3. Соответственно, и электродвигатели проще. Классический асинхронный электродвигатель не имеет щеток и магнитов. Сейчас еще очень много электродвигателей с коллекторами — но это потому, что щетки сейчас сделать несложно, для них применяется специальный сплав с графитом. Я очень сомневаюсь, что это так же легко сделать в древности. Сейчас существуют коллекторные двигатели, которые схемотехнически переключаются между постоянным и переменным током, но я не знаю, какому току записать это в плюс.
4. Обороты электродвигателей переменного тока привязаны к частоте. Изменением напряжения можно изменять обороты только у маломощных двигателей, да и то в узких пределах (за счет скольжения магнитного поля), но при этом двигатель начинает греться. Чтобы изменить количество оборотов, нужно менять частоту переменного тока. Из-за такой конструкции расчет асинхронного двигателя — то еще развлечение. Но для многих применений стабильность оборотов — это благо, это может оказаться ценнее всех остальных свойств.
5. Имея переменный ток, очень просто поучить из него требуемое напряжение — как повышенное, так и пониженное с помощью простейшего трансфрматора. В сетях постоянного тока понижение напряжения связано с потерями, а повышение… гм, я даже не знаю, как простыми методами, годными для древности, повысить постоянное напряжение.
Скажу больше — это просто катастрофический недостаток для постоянного тока. Именно это тормозило развитие сети постоянного тока больше, чем что-либо еще (про подстанции я уже писал).
6. С точки зрения пользователя, у переменного тока нет полярности. Конечно, кое-какая разница между проводами есть, но не для пользователя. Для него подключение электроаппаратуры выглядит очень простым. Да и для электрика тоже.
Итак.
Какой тут может быть вывод?
ИМХО, если у попаданца основной задачей является гальваника (а это вполне может случиться) и электростанция рядом с производственными помещениями, то его выбор — постоянный ток. Лампам накаливания все равно чем питаться, а если и понадобиться электродвигатель — то маломощный можно будет сделать для постоянного тока.
Однако, если попаданец решит ввести искусственное освещение в городе, то это без вариантов переменный ток со всей инфраструктурой — понижающими подстанциями, электрическими счетчиками и прочим.
P.S. Я, скорее всего, что-то упустил. Просьба дополнять.
20,5: Переменный ток в сравнении с постоянным
Переменный ток
Большинство рассмотренных до сих пор примеров, особенно те, которые используют батареи, имеют источники постоянного напряжения. Как только ток установлен, он также становится постоянным. Постоянный ток (DC) — это поток электрического заряда только в одном направлении. Это установившееся состояние цепи постоянного напряжения. Однако в большинстве известных приложений используется источник напряжения, изменяющийся во времени. Переменный ток (AC) — это поток электрического заряда, который периодически меняет направление.Если источник периодически меняется, особенно синусоидально, цепь называется цепью переменного тока. Примеры включают коммерческую и бытовую энергетику, которая обслуживает так много наших потребностей. На рисунке \ (\ PageIndex {1} \) показаны графики зависимости напряжения и тока от времени для типичных источников постоянного и переменного тока. Напряжение и частота переменного тока, обычно используемые в домах и на предприятиях, различаются по всему миру.
Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): (a) Напряжение и ток постоянного тока постоянны во времени после установления тока.(б) График зависимости напряжения и тока от времени для сети переменного тока 60 Гц. Напряжение и ток синусоидальны и совпадают по фазе для простой цепи сопротивления. Частоты и пиковое напряжение источников переменного тока сильно различаются.На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показана схема простой схемы с источником переменного напряжения. Напряжение между выводами колеблется, как показано на рисунке: напряжение переменного тока определяется как \ [V = V_ {0} sin 2 \ pi ft, \ label {20.6.1} \], где \ (V \) — напряжение на время \ (t \), \ (V_ {0} \), \ (V_ {0} \) — пиковое напряжение, а \ (f \) — частота в герцах.Для этой простой цепи сопротивления \ (I = V / R \), поэтому переменного тока равно
.\ [I = I_ {0} sin 2 \ pi ft, \ label {20.6.2} \]
, где \ (I \) — ток в момент времени \ (t \), а \ (I_ {0} = V_ {0} / R \) — пиковый ток. В этом примере считается, что напряжение и ток находятся в фазе, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1b} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Разность потенциалов \ (V \) между выводами источника переменного напряжения колеблется, как показано. Математическое выражение для \ (V \) дается \ (V = V_ {0} sin 2 \ pi ft \).Ток в резисторе меняется взад и вперед, как и напряжение возбуждения, поскольку \ (I = V / R \). Например, если резистор представляет собой люминесцентную лампочку, она становится ярче и тускнеет 120 раз в секунду, когда ток постоянно проходит через ноль. Мерцание с частотой 120 Гц слишком быстро для ваших глаз, но если вы помашите рукой вперед и назад между лицом и флуоресцентным светом, вы увидите стробоскопический эффект, свидетельствующий о переменном токе. Тот факт, что световой поток колеблется, означает, что мощность колеблется.{2} 2 \ pi ft \), как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).
Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): мощность переменного тока как функция времени. Поскольку напряжение и ток здесь синфазны, их произведение неотрицательно и колеблется от нуля до \ (I_ {0} V_ {0} \). Средняя мощность равна \ (\ left (1/2 \ right) I_ {0} V_ {0} \).Установление соединений: домашний эксперимент — AC / DC Lights
Помашите рукой между лицом и люминесцентной лампочкой. Вы наблюдаете то же самое с фарами на своей машине? Объясните, что вы наблюдаете. Предупреждение: Не смотрите прямо на очень яркий свет.
Чаще всего нас интересует средняя мощность, а не ее колебания — например, у лампочки 60 Вт в настольной лампе средняя потребляемая мощность 60 Вт. Как показано на Рисунке 3, средняя мощность \ (P_ {ave} \) равна \ [P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0}. \ label {20.6.3} \] Это видно из графика, поскольку области выше и ниже линии \ (\ left (1/2 \ right) I_ {0} V_ {0} \) равны, но также можно доказать с помощью тригонометрических тождеств.Точно так же мы определяем средний или действующий ток \ (I_ {rms} \), а среднее значение или действующее напряжение \ (V_ {rms} \), соответственно, равным
\ [I_ {rms} = \ frac {I_ {0}} {\ sqrt {2}} \ label {20.6.4} \]
и
\ [V_ {rms} = \ frac {V_ {0}} {\ sqrt {2}}. \ Label {20.6.5} \]
, где среднеквадратичное значение означает среднеквадратичное значение, особый вид среднего. Как правило, для получения среднеквадратичного значения конкретная величина возводится в квадрат, определяется ее среднее значение (или среднее значение) и извлекается квадратный корень.Это полезно для переменного тока, так как среднее значение равно нулю. Теперь \ [P_ {ave} = I_ {rms} V_ {rms}, \ label {20.6.6} \], что дает
\ [P_ {ave} = \ frac {I_ {0}} {\ sqrt {2}} \ cdot \ frac {V_ {0}} {\ sqrt {2}} = \ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0}, \ label {20.6.7} \]
, как указано выше. Стандартная практика — указывать \ (I_ {rms} \), \ (V_ {rms} \) и \ (P_ {ave} \), а не пиковые значения. Например, большая часть бытовой электроэнергии составляет 120 В переменного тока, что означает, что \ (V_ {среднеквадратичное значение} \) составляет 120 В. Обычный автоматический выключатель на 10 А прерывает постоянное значение \ (I_ {среднеквадратичное значение} \) более 10 А.Ваша микроволновая печь мощностью 1,0 кВт потребляет \ (P_ {ave} = 1,0 кВт \) и так далее. Вы можете рассматривать эти среднеквадратичные и средние значения как эквивалентные значения постоянного тока для простой резистивной цепи.
Подводя итог, при работе с переменным током закон Ома и уравнения для мощности полностью аналогичны таковым для постоянного тока, но для переменного тока используются среднеквадратические и средние значения. Таким образом, для переменного тока записан закон Ома
\ [I_ {rms} = \ frac {V_ {rms}} {R}. \ Label {20.6.8} \]
Различные выражения для мощности переменного тока \ (P_ {ave} \):
\ [P_ {ave} = I_ {rms} V_ {rms}, \ label {20.{2} _ {rms} R. \ label {20.6.11} \]
Пример \ (\ PageIndex {1} \): пиковое напряжение и мощность для переменного тока
(a) Каково значение пикового напряжения для сети 120 В переменного тока?
Стратегия
Нам говорят, что \ (V_ {rms} \) составляет 120 В, а \ (P_ {ave} \) — 60,0 Вт. Мы можем использовать \ (V_ {rms} = \ frac {V_ {0}} {\ sqrt { 2}} \), чтобы найти пиковое напряжение, и мы можем манипулировать определением мощности, чтобы найти пиковую мощность из заданной средней мощности.
Решение
Решая уравнение \ (V_ {rms} = \ frac {V_ {0}} {\ sqrt {2}} \) для пикового напряжения \ (V_ {0} \) и подставляя известное значение для \ (V_ {rms} \) дает \ [V_ {0} = \ sqrt {2} V_ {rms} = 1.414 \ влево (120 В \ вправо) = 170 В. \]
Обсуждение
Это означает, что напряжение переменного тока колеблется от 170 В до \ (- 170 В \) и обратно 60 раз в секунду. Эквивалентное постоянное напряжение составляет 120 В.
(b) Какова пиковая потребляемая мощность лампочки переменного тока мощностью 60,0 Вт?
Решение
Пиковая мощность равна пиковому току, умноженному на пиковое напряжение. Таким образом, \ [P_ {0} = I_ {0} V_ {0} = 2 \ left (\ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0} \ right) = 2P_ {ave}. \] Мы знаю, что средняя мощность 60.0 Вт, и поэтому \ [P_ {0} = 2 \ left (60,0 Вт \ справа) = 120 Вт. \]
Обсуждение
Таким образом, мощность меняется от нуля до 120 Вт сто двадцать раз в секунду (дважды за каждый цикл), а средняя мощность составляет 60 Вт.
Зачем использовать переменный ток для распределения электроэнергии?
Большинство крупных систем распределения электроэнергии — это переменный ток. Кроме того, мощность передается при гораздо более высоком напряжении, чем 120 В переменного тока (240 В в большинстве частей мира), которые мы используем дома и на работе. Благодаря эффекту масштаба строительство нескольких очень крупных электростанций обходится дешевле, чем строительство множества небольших.Это требует передачи энергии на большие расстояния, и, очевидно, важно минимизировать потери энергии в пути. Как мы увидим, высокие напряжения могут передаваться с гораздо меньшими потерями мощности, чем низкие напряжения. (См. Рис. 4.) В целях безопасности напряжение у пользователя снижено до знакомых значений. Решающим фактором является то, что намного легче увеличивать и уменьшать напряжение переменного тока, чем постоянного, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.
Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Мощность распределяется на большие расстояния при высоком напряжении, чтобы уменьшить потери мощности в линиях передачи.Напряжение, генерируемое на электростанции, повышается пассивными устройствами, называемыми трансформаторами (см. Трансформаторы), до 330 000 вольт (или более в некоторых местах по всему миру). В месте использования трансформаторы снижают напряжениеПример \ (\ PageIndex {2} \): потери мощности меньше для высоковольтной передачи
(a) Какой ток необходим для передачи мощности 100 МВт при 200 кВ?
Стратегия
Нам дано \ (P_ {ave} = 100 MW \), \ (V_ {rms} = 200 kV \), а сопротивление линий равно \ (R = 1.{2} \ left (1.00 \ Omega \ right) = 250 кВт. \]
(c) Какой процент мощности теряется в линиях электропередачи?
Решение
Процент потерь — это отношение этой потерянной мощности к общей или входной мощности, умноженное на 100: \ [% loss = \ frac {250 кВт} {100 МВт} \ times 100 = 0,250%. \]
Обсуждение
Четверть процента — приемлемая потеря. Обратите внимание, что если бы мощность 100 МВт была передана при 25 кВ, то потребовался бы ток 4000 А.Это приведет к потере мощности в линиях на 16,0 МВт, или 16,0%, а не 0,250%. Чем ниже напряжение, тем больше требуется тока и тем больше потери мощности в линиях передачи с фиксированным сопротивлением. Конечно, можно построить линии с меньшим сопротивлением, но для этого потребуются более крупные и дорогие провода. Если бы сверхпроводящие линии можно было бы экономично производить, в линиях передачи вообще не было бы потерь. Но, как мы увидим в следующей главе, в сверхпроводниках тоже есть предел.Короче говоря, высокое напряжение более экономично для передачи энергии, а напряжение переменного тока намного легче повышать и понижать, поэтому переменный ток используется в большинстве крупных систем распределения электроэнергии.
Широко признано, что высокое напряжение представляет большую опасность, чем низкое. Но на самом деле некоторые высокие напряжения, например, связанные с обычным статическим электричеством, могут быть безвредными. Таким образом, опасность определяется не только напряжением. Не так широко признано, что разряды переменного тока часто более вредны, чем аналогичные разряды постоянного тока.Томас Эдисон считал, что электрические разряды более опасны, и в конце 1800-х годов создал систему распределения электроэнергии постоянного тока в Нью-Йорке. Были ожесточенные бои, в частности, между Эдисоном и Джорджем Вестингаузом и Николой Тесла, которые выступали за использование переменного тока в ранних системах распределения энергии. Преобладал переменный ток в значительной степени благодаря трансформаторам и более низким потерям мощности при передаче высокого напряжения.
ФЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: ГЕНЕРАТОР
Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этих явлений, исследуя магниты и узнавая, как с их помощью загорается лампочка.
Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Генератор
AC и DC (переменный ток и постоянный ток) — разница и сравнение
Электроэнергия течет двумя способами: переменным током (AC) или постоянным током (DC) . Электричество или «ток» — это не что иное, как движение электронов по проводнику, например по проводу. Разница между переменным и постоянным током заключается в направлении потока электронов.В постоянном токе электроны стабильно движутся в одном направлении, или «вперед». В переменном токе электроны постоянно меняют направление, иногда идя «вперед», а затем «назад».
Переменный ток — лучший способ передавать электричество на большие расстояния.
Таблица сравнения
| Переменный ток | Постоянный ток | |
|---|---|---|
| Количество передаваемой энергии | Безопасно для передачи на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. | Напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию. |
| Причина направления потока электронов | Вращающийся магнит вдоль провода. | Постоянный магнетизм вдоль провода. |
| Частота | Частота переменного тока составляет 50 Гц или 60 Гц в зависимости от страны. | Частота постоянного тока равна нулю. |
| Направление | Он меняет направление на противоположное при движении по контуру. | Он течет в контуре в одном направлении. |
| Ток | Это ток, величина которого меняется со временем | Это ток постоянной величины. |
| Поток электронов | Электроны меняют направление движения — вперед и назад. | Электроны равномерно движутся в одном направлении или «вперед». |
| Получено от | Генератор переменного тока и сеть. | Элемент или батарея. |
| Пассивные параметры | Импеданс. | Только сопротивление |
| Коэффициент мощности | Входит между 0 и 1. | это всегда 1. |
| Типы | Синусоидальный, трапециевидный, треугольный, квадратный. | Чистый и пульсирующий. |
Истоки переменного и постоянного тока
Магнитное поле около провода заставляет электроны течь в одном направлении вдоль провода, потому что они отталкиваются отрицательной стороной магнита и притягиваются к положительной стороне.Так родилась мощность постоянного тока от батареи, в первую очередь благодаря работе Томаса Эдисона.
Генераторы переменного токапостепенно заменили систему батарей постоянного тока Эдисона, потому что переменный ток безопаснее передавать на большие расстояния по городу и может обеспечить большую мощность. Вместо постоянного приложения магнетизма к проводу ученый Никола Тесла использовал вращающийся магнит. Когда магнит был ориентирован в одном направлении, электроны текли к положительному положению, но когда ориентация магнита менялась, электроны также вращались.
Видео сравнения переменного и постоянного тока
Применение трансформаторов переменного тока
Еще одно различие между переменным и постоянным током заключается в количестве энергии, которое он может переносить. Каждая батарея предназначена для выработки только одного напряжения, и это напряжение постоянного тока не может перемещаться очень далеко, пока не начнет терять энергию. Но напряжение переменного тока от генератора на электростанции может быть увеличено или уменьшено с помощью другого механизма, называемого трансформатором .Трансформаторы располагаются на электрическом столбе на улице, а не на электростанции. Они изменяют очень высокое напряжение на более низкое, подходящее для вашей бытовой техники, такой как лампы и холодильники.
Хранение и преобразование из переменного тока в постоянный и наоборот
AC может даже быть изменен на постоянный ток с помощью адаптера, который вы можете использовать для питания батареи вашего ноутбука. DC можно «подтолкнуть» вверх или вниз, только это немного сложнее. Инверторы изменяют постоянный ток на переменный. Например, для вашего автомобиля инвертор изменит 12 вольт постоянного тока на 120 вольт переменного тока, чтобы запустить небольшое устройство.Хотя постоянный ток можно хранить в батареях, вы не можете хранить переменный ток.
Список литературы
Поделитесь этим сравнением:
Если вы дочитали до этого места, подписывайтесь на нас:
«Переменный ток против постоянного (переменный ток против постоянного)». Diffen.com. ООО «Диффен», н.д. Интернет. 5 марта 2021 г. <>
В чем разница между питанием постоянного и переменного тока?
Электричество В чем разница между питанием переменного и постоянного тока?
Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath
Электроэнергия бывает двух видов — переменного тока (AC) и постоянного тока (DC). Оба они необходимы для функционирования нашей электроники, но знаете ли вы разницу между ними и то, к чему они применяются?
Связанные компании
И переменный, и постоянный ток описывают типы протекания тока в цепи. В постоянном токе (DC) электрический заряд (ток) течет только в одном направлении.Напротив, электрический заряд переменного тока периодически меняет направление.(Источник: Unsplash)
Что такое переменный ток?
Мощность переменного тока (AC) — это стандартное электричество, которое выходит из электрических розеток и определяется как поток заряда, который демонстрирует периодическое изменение направления.
Поток переменного тока изменяется с положительного на отрицательный из-за электронов — электрические токи исходят от потока этих электронов, который может двигаться в положительном (вверх) или отрицательном (вниз) направлении.Это известно как синусоидальная волна переменного тока, и эта волна возникает, когда генераторы переменного тока на электростанциях создают мощность переменного тока.
Генераторы переменного тока вырабатывают переменный ток путем вращения проволочной петли внутри магнитного поля. Волны переменного тока образуются, когда провод движется в области с разной магнитной полярностью — например, ток меняет направление, когда провод вращается от одного полюса магнитного поля к другому. Это волнообразное движение означает, что мощность переменного тока может распространяться дальше, чем мощность постоянного тока, что является огромным преимуществом, когда речь идет о доставке энергии потребителям через розетки.
Что такое питание постоянного тока?
Электропитание постоянного тока (DC), как можно понять из названия, представляет собой линейный электрический ток — он движется по прямой линии.
Постоянный ток может поступать из нескольких источников, включая батареи, солнечные элементы, топливные элементы и некоторые модифицированные генераторы переменного тока. Электропитание постоянного тока также может быть «получено» из переменного тока с помощью выпрямителя, преобразующего переменный ток в постоянный.
Питаниепостоянного тока гораздо более стабильно с точки зрения подачи напряжения, а это означает, что большая часть электроники полагается на него и использует источники питания постоянного тока, такие как батареи.Электронные устройства также могут преобразовывать мощность переменного тока из розеток в мощность постоянного тока с помощью выпрямителя, часто встроенного в источник питания устройства. Трансформатор также будет использоваться для повышения или понижения напряжения до уровня, подходящего для рассматриваемого устройства.
Однако не все электрические устройства используют питание постоянного тока. Многие устройства, особенно бытовые приборы, такие как лампы, стиральные машины и холодильники, используют переменный ток, который подается непосредственно из электросети через розетки.
Зачем нужны два разных типа питания?
Хотя многие современные электронные и электрические устройства предпочитают питание постоянного тока из-за его плавного потока и равномерного напряжения, мы не могли бы обойтись без переменного тока.Оба типа власти важны; одно не «лучше» другого.
Фактически, AC доминирует на рынке электроэнергии; все электрические розетки подают питание в здания в виде переменного тока, даже если может потребоваться немедленное преобразование тока в мощность постоянного тока. Это связано с тем, что постоянный ток не способен преодолевать такие же большие расстояния от электростанций до зданий, как переменный ток. Также намного проще генерировать переменный ток, чем постоянный, из-за того, как работают генераторы, и система в целом дешевле в эксплуатации — с переменным током мощность может легко передаваться по национальным сетям через мили и мили проводов и опор.
DC в первую очередь вступает в игру, когда устройству необходимо сохранять энергию в батареях для будущего использования. Смартфоны, ноутбуки, портативные генераторы, фонарики, системы наружных камер видеонаблюдения … вы называете это, все, что работает от батарей, требует хранения постоянного тока. Когда батареи заряжаются от сети, переменный ток преобразуется в постоянный ток выпрямителем и сохраняется в батарее.
Однако это не единственный используемый метод зарядки. Если вы когда-либо заряжали свой телефон с помощью блока питания, например, вы используете источник питания постоянного тока, а не переменного тока.В этих ситуациях источникам питания постоянного и постоянного тока может потребоваться изменить выходное напряжение (в данном случае, блок питания) для использования устройства (в данном случае телефона).
(ID: 46408650)
Разница между переменным током (AC) и постоянным током (DC)
В проводящих материалах есть свободные электроны, которые перемещаются от одного атома к другому, когда к ним прикладывается разность потенциалов. Этот поток электронов в замкнутой цепи называется током. В зависимости от направления движения электронов в замкнутой цепи электрический ток в основном подразделяется на два типа, т.е.е., переменный ток и постоянный ток.
Одно из основных различий между переменным и постоянным током состоит в том, что в переменном токе полярность и величина тока меняются через равные промежутки времени, тогда как в постоянном токе они остаются постоянными. Некоторые различия поясняются ниже в форме сравнительной таблицы с учетом различных факторов;
Содержание: переменный ток (AC) против постоянного (DC)
- Сравнительная таблица
- Определение
- Ключевые отличия
- Запомните
Сравнительная таблица
| Basis | Переменный ток | Постоянный ток |
|---|---|---|
| Определение | Направление тока периодически меняется. | Направление тока остается прежним. |
| Причины потока электронов | Вращение катушки в однородном магнитном поле или вращение однородного магнитного поля внутри неподвижной катушки | Постоянное магнитное поле поперек провода |
| Частота | 50 или 60 Гц | Ноль |
| Направление потока электронов. | Двунаправленный | Однонаправленный |
| Коэффициент мощности | В пределах от 0 до 1 | Всегда 1 |
| Полярность | Имеет полярность (+, -) | Не имеет полярности |
| Получено из | Генераторы | Генераторы, батареи, солнечные элементы и т. Д. |
| Тип нагрузки | Их нагрузка является резистивной, индуктивной или емкостной. | Их нагрузка обычно резистивная. |
| Графическое представление | Оно представлено нерегулярными волнами, такими как треугольная волна, квадратная волна, квадратная волна, синусоида. | Представлен прямой линией. |
| Передача | Может передаваться на большие расстояния с некоторыми потерями. | Его можно передавать на очень большие расстояния с незначительными потерями. |
| Трансформируемый | Легко преобразовать в постоянный ток | Легко преобразовать в переменный ток |
| Подстанция | Для генерации и передачи требуется несколько подстанций | Для генерации и передачи требуется больше подстанций |
| Пассивный параметр | Импеданс | Сопротивление |
| Harazdous | Опасно | Очень опасно |
| Приложение | Заводы, промышленность и для бытовых целей. | Гальваника, электролиз, электронное оборудование и т. Д. |
Определение переменного тока
Ток, который периодически меняет свое направление, такой вид тока называется переменным током. Их величина и полярность также меняются со временем. В таких типах тока свободные электроны (электрический заряд) движутся как в прямом, так и в обратном направлении.
Частота (количество циклов, завершенных за одну секунду) переменного тока от 50 до 60 Гц, зависит от страны.Переменный ток легко преобразуется из высокого значения в низкое и наоборот с помощью трансформатора. Таким образом, он в основном используется для передачи и распределения.
Определение постоянного тока
Когда электрический заряд внутри проводника течет в одном направлении, такой тип тока называется постоянным током. Величина постоянного тока всегда остается постоянной, а частота тока равна нулю. Он используется в сотовых телефонах, электромобилях, сварке, электронном оборудовании и т. Д.
Графическое представление переменного тока показано на рисунке ниже.
Ключевые различия между переменным током и постоянным током
- Ток, который периодически меняет свое направление, такой тип тока называется переменным током. Постоянный ток однонаправлен или течет только в одном направлении.
- Заряды в переменном токе протекают либо путем вращения катушки в магнитном поле, либо путем вращения магнитного поля внутри неподвижной катушки.При постоянном токе заряды текут, поддерживая постоянный магнетизм вдоль провода.
- Частота переменного тока составляет от 50 до 60 Гц в зависимости от стандарта страны, тогда как частота постоянного тока всегда остается нулевой.
- Коэффициент мощности переменного тока находится в пределах от нуля до единицы, тогда как коэффициент мощности постоянного тока всегда остается равным единице.
- Генератор переменного тока вырабатывает ток генератора. Постоянный ток вырабатывается генератором, батареей и элементами.
- Нагрузка переменного тока бывает емкостной, индуктивной или резистивной. Нагрузка постоянного тока всегда носит резистивный характер.
- Переменный ток может быть графически представлен с помощью различной формы волны неправильной формы, такой как треугольная волна, прямоугольная волна, периодическая волна, пилообразная волна, синусоида и т. Д. Постоянный ток графически представлен прямой линией.
- Переменный ток передается на большие расстояния с некоторыми потерями, тогда как постоянный ток передается на очень большие расстояния с незначительными потерями.
- Переменный ток преобразуется в постоянный с помощью выпрямителя, а постоянный ток преобразуется в переменный ток с помощью инвертора.
- Немногие подстанции требуют производства и передачи переменного тока. Для передачи постоянного тока требуются дополнительные подстанции.
- Переменный ток используется в промышленности, на фабриках и в быту. Постоянный ток в основном используется в электронном оборудовании, импульсном освещении, гибридных транспортных средствах, гальванике, электролизе, для возбуждения обмотки возбуждения ротора и т. Д.
Запомните
Постоянный ток опаснее переменного. При переменном токе величина тока становится высокой и низкой через равные промежутки времени, а при постоянном токе величина остается неизменной. Когда человеческое тело подвергается электрошоку, переменный ток входит в тело и выходит из него через равные промежутки времени, тогда как постоянный ток воздействует на тело непрерывно.
AC vs DC (переменный и постоянный ток): сходства и различия (с диаграммой)
Обновлено 28 декабря 2020 г.
Автор GAYLE TOWELL
Инициалы AC / DC могут напоминать некую знаменитую рок-группу, но в В стране физики эти сокращения относятся к переменному току и постоянному току соответственно.
Что такое переменный ток?
Переменный ток или AC — это ток, который колеблется и меняет направление с определенной частотой. Частота — это количество колебаний в секунду, которое измеряется в герцах (Гц), где 1 Гц = 1 с -1 .
Вы можете вообразить свободные электроны в проводе, движущиеся вперед и назад, колеблющиеся вокруг одной фиксированной точки. Вот что происходит с переменным током. Вы можете задаться вопросом, будет ли это колебание оказывать заметное влияние на объекты, которые он используется для питания, потому что, если ток колеблется, то он периодически обнуляется на короткое время, прежде чем он изменит направление.Но частота колебаний обычно достаточно высока, чтобы эти эффекты были незаметны.
Переменный ток вырабатывается электростанциями, и именно к нему вы подключаете свои приборы, когда подключаете их к розеткам в вашем доме.
Что такое постоянный ток?
Постоянный ток или DC — это ток, который непрерывно течет в одном направлении с постоянной скоростью. В замкнутом контуре все электроны движутся по контуру в одном направлении.
Это тип тока, который обычно протекает в любой цепи, подключенной к батарее.Это связано с тем, что батареи сконструированы таким образом, что разрешает только поток электронов в одном направлении от их анода (отрицательная клемма) к катоду (положительная клемма) через проводник (в отличие от протекания через саму батарею в противоположное направление).
Война течений
В Соединенных Штатах в конце 1880-х годов Томас Эдисон и Джордж Вестингауз спорили, что лучше: переменный ток или постоянный ток. Эдисон разработал постоянный ток, и это был стандарт, используемый в первые дни с низковольтными цепями, питающими свет в домах.
Между тем, уличные фонари питались от сети переменного тока высокого напряжения. Когда компания Джорджа Вестингауза разработала способ снизить высокое напряжение переменного тока с помощью трансформаторов для домашнего использования, последовала ожесточенная конкуренция.
В конечном итоге переменный ток выиграл благодаря способности передавать на большие расстояния без потерь, большей эффективности переменного тока и тому факту, что при работе с переменным током гораздо легче понижать напряжение, чем с постоянным током.
Преобразование переменного тока в постоянный и постоянного тока в переменный
Переменный ток можно преобразовать в постоянный ток с помощью выпрямителя, а постоянный ток можно преобразовать в переменный ток с помощью инвертора.Вообще говоря, выпрямитель — это более простая схема, тогда как инвертор, как правило, сложнее в сборке. Это еще одна причина, по которой ваш дом подключен к источнику электричества переменного, а не постоянного тока.
Сходства
И переменный, и постоянный ток возникают в результате побуждения заряда к перемещению по проводам для передачи электрической энергии и использования ее для питания различных устройств.
В обоих случаях источник напряжения инициирует протекание тока в цепях. Также возможно преобразование одного типа тока в другой, хотя переход от переменного тока к постоянному обычно считается более простым.
Различия
Токи переменного и постоянного тока генерируются по-разному. Постоянный ток генерируется батареями и генераторами постоянного тока, а переменный ток генерируется генераторами переменного тока и электрическими электростанциями, которые преобразуют механическую энергию в мощность переменного тока с большей готовностью, чем мощность постоянного тока, поскольку эти генераторы обычно используют круговое или колебательное движение, которое непосредственно индуцирует переменный ток. .
Токи переменного и постоянного тока также используются по-разному. Все, что подключено «к сети», работает от переменного тока, тогда как устройства с батарейным питанием, такие как ваш телефон или электроинструменты, работают от постоянного тока.
AC против постоянного тока: сводная таблица
| переменный ток | постоянный ток | |||
|---|---|---|---|---|
частота | частота 501-60 Гц Частота 0 (без колебаний) | |||
Направление | Меняет направление на противоположное | Всегда течет в одном направлении | ||
Текущая величина | изменяется со временем постоянна | |||
Передача энергии на большие расстояния | Хорошо перемещается на большие расстояния | Значительные потери на больших расстояниях | ||
Эффективность | 4949 SS КПД | |||
Безопасность | Более высокое напряжение — небезопасно | Низкое напряжение — безопаснее | ||
Generation | 4 | 9 Вращающиеся магнитыНаличие | Электростанция (электрические розетки) | Батареи |
Типы | Синусоидальная волна, прямоугольная волна и т. Д. | Непрерывный или пульсирующий |
Что такое переменный ток (AC)? | Базовая теория переменного тока
Большинство студентов, изучающих электричество, начинают свое изучение с так называемого постоянного тока (DC), то есть электричества, протекающего в постоянном направлении и / или обладающего напряжением с постоянной полярностью.
DC — это вид электричества, производимого батареей (с определенными положительными и отрицательными клеммами), или вид заряда, генерируемый при трении определенных типов материалов друг о друга.
Переменный ток против постоянного
Такой же полезный и простой для понимания, как DC, это не единственный используемый «вид» электричества. Определенные источники электричества (в первую очередь роторные электромеханические генераторы) естественным образом вырабатывают напряжения, меняющие полярность, меняя положительную и отрицательную на противоположные с течением времени.
Либо как полярность переключения напряжения, либо как направление переключения тока вперед и назад, этот «вид» электричества известен как переменный ток (AC):
Постоянный и переменный ток
В то время как знакомый символ батареи используется как общий символ для любого источника постоянного напряжения, круг с волнистой линией внутри является общим символом для любого источника переменного напряжения.
Кто-то может задаться вопросом, зачем вообще возиться с такой вещью, как кондиционер. Верно, что в некоторых случаях переменный ток не имеет практического преимущества перед постоянным током.
В приложениях, где электричество используется для рассеивания энергии в виде тепла, полярность или направление тока не имеют значения, пока на нагрузку подается достаточное напряжение и ток, чтобы произвести желаемое тепло (рассеивание мощности). Однако с помощью переменного тока можно создавать электрические генераторы, двигатели и системы распределения энергии, которые намного более эффективны, чем постоянный ток, и поэтому мы обнаруживаем, что переменный ток используется преимущественно во всем мире в приложениях с большой мощностью.
Чтобы подробно объяснить, почему это так, необходимы некоторые базовые знания о AC.
Генераторы переменного тока
Если машина сконструирована так, чтобы вращать магнитное поле вокруг набора неподвижных проволочных катушек с вращением вала, переменное напряжение будет создаваться на проволочных катушках, когда этот вал вращается, в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея.
Это основной принцип работы генератора переменного тока, также известного как генератор переменного тока : Рисунок ниже
Работа генератора
Обратите внимание, как полярность напряжения на проволочных катушках меняется на противоположные по мере прохождения противоположных полюсов вращающегося магнита.
При подключении к нагрузке эта реверсивная полярность напряжения создает реверсивное направление тока в цепи. Чем быстрее вращается вал генератора, тем быстрее будет вращаться магнит, что приведет к появлению переменного напряжения и тока, которые чаще меняют направление за заданный промежуток времени.
Хотя генераторы постоянного тока работают по тому же общему принципу электромагнитной индукции, их конструкция не так проста, как их аналоги переменного тока.
В генераторе постоянного тока катушка с проводом установлена на валу, где магнит находится на генераторе переменного тока, и электрические соединения с этой вращающейся катушкой выполняются через неподвижные угольные «щетки», контактирующие с медными полосками на вращающемся валу.
Все это необходимо для переключения изменяющейся выходной полярности катушки на внешнюю цепь, чтобы внешняя цепь видела постоянную полярность:
Работа генератора постоянного тока
Генератор, показанный выше, будет производить два импульса напряжения на один оборот вала, причем оба импульса имеют одинаковое направление (полярность). Чтобы генератор постоянного тока вырабатывал постоянное напряжение , а не короткие импульсы напряжения каждые 1/2 оборота, имеется несколько наборов катушек, периодически контактирующих с щетками.
Схема, показанная выше, немного упрощена, чем то, что вы видите в реальной жизни.
Проблемы, связанные с замыканием и разрывом электрического контакта с движущейся катушкой, должны быть очевидны (искрение и нагрев), особенно если вал генератора вращается с высокой скоростью. Если атмосфера, окружающая машину, содержит легковоспламеняющиеся или взрывоопасные пары, практические проблемы искрообразования щеточных контактов еще больше.
Генератор переменного тока (генератор переменного тока) не требует для работы щеток и коммутаторов, поэтому он невосприимчив к этим проблемам, с которыми сталкиваются генераторы постоянного тока.
Двигатели переменного тока
Преимущества переменного тока по сравнению с постоянным током с точки зрения конструкции генератора также отражены в электродвигателях.
В то время как двигатели постоянного тока требуют использования щеток для электрического контакта с движущимися катушками проволоки, двигатели переменного тока этого не делают. Фактически, конструкции двигателей переменного и постоянного тока очень похожи на их аналоги-генераторы (идентичны для этого руководства), двигатель переменного тока зависит от реверсивного магнитного поля, создаваемого переменным током через его неподвижные катушки провода для вращения вращающегося магнита. вокруг его вала, а двигатель постоянного тока зависит от контактов щетки, замыкая и размыкая соединения, для обратного тока через вращающуюся катушку каждые 1/2 оборота (180 градусов).
Трансформаторы
Итак, мы знаем, что генераторы переменного тока и двигатели переменного тока обычно проще, чем генераторы постоянного тока и двигатели постоянного тока. Эта относительная простота означает большую надежность и более низкую стоимость производства. Но для чего еще нужен AC? Конечно, это должно быть что-то большее, чем детали конструкции генераторов и двигателей! Действительно есть.
Существует эффект электромагнетизма, известный как взаимной индукции , при котором две или более катушек провода размещены так, что изменяющееся магнитное поле, создаваемое одной, индуцирует напряжение в другой.Если у нас есть две взаимно индуктивные катушки, и мы запитываем одну катушку переменным током, мы создадим переменное напряжение в другой катушке. При использовании в таком виде это устройство известно как трансформатор :
.Трансформатор «преобразует» переменное напряжение и ток.
Основное значение трансформатора — его способность повышать или понижать напряжение с катушки с питанием на катушку без питания. Напряжение переменного тока, индуцированное в обмотанной («вторичной») катушке, равно напряжению переменного тока на питаемой («первичной») катушке, умноженному на отношение витков вторичной катушки к виткам первичной катушки.
Если вторичная обмотка питает нагрузку, ток через вторичную обмотку прямо противоположен: ток первичной обмотки, умноженный на соотношение первичных и вторичных витков. Это соотношение имеет очень близкую механическую аналогию, в которой крутящий момент и скорость используются для представления напряжения и тока соответственно:
Зубчатая передача умножения скорости снижает крутящий момент и увеличивает скорость. Понижающий трансформатор понижает напряжение и увеличивает ток.
Если передаточное отношение обмотки изменено так, что первичная обмотка имеет меньше витков, чем вторичная обмотка, трансформатор «увеличивает» напряжение от уровня источника до более высокого уровня на нагрузке:
Редукторная передача увеличивает крутящий момент и снижает скорость.Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и уменьшает ток.
Способность трансформатора с легкостью повышать или понижать переменное напряжение дает переменному току преимущество, не имеющее себе равных с постоянным током, в области распределения мощности на рисунке ниже.
При передаче электроэнергии на большие расстояния гораздо эффективнее делать это с помощью повышенных напряжений и пониженных токов (провод меньшего диаметра с меньшими резистивными потерями мощности), затем понижать напряжение и повышать ток. для промышленности, бизнеса или потребительского использования.
Трансформаторы обеспечивают эффективную передачу электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния.
Трансформаторная технология сделала возможным распределение электроэнергии на большие расстояния. Без возможности эффективно повышать и понижать напряжение было бы непомерно дорого строить энергосистему для чего угодно, кроме использования на близком расстоянии (не более нескольких миль).
Какими бы полезными ни были трансформаторы, они работают только с переменным током, а не с постоянным током.Поскольку явление взаимной индуктивности основано на изменении магнитных полей на , а постоянный ток (DC) может создавать только постоянные магнитные поля, трансформаторы просто не будут работать с постоянным током.
Конечно, постоянный ток может прерываться (пульсировать) через первичную обмотку трансформатора для создания изменяющегося магнитного поля (как это делается в автомобильных системах зажигания для выработки питания высоковольтной свечи зажигания от низковольтной батареи постоянного тока), но импульсный постоянный ток не так уж отличается от переменного тока.
Возможно, именно поэтому переменный ток в большей степени, чем какая-либо другая причина, находит такое широкое применение в энергосистемах.
ОБЗОР:
- DC означает «постоянный ток», что означает напряжение или ток, который сохраняет постоянную полярность или направление, соответственно, с течением времени.
- AC означает «переменный ток», что означает напряжение или ток, который со временем меняет полярность или направление соответственно. Электромеханические генераторы переменного тока
- , известные как генераторы переменного тока , имеют более простую конструкцию, чем электромеханические генераторы постоянного тока. Конструкция двигателей переменного и постоянного тока
- очень точно соответствует принципам конструкции соответствующих генераторов.
- Трансформатор — это пара взаимно индуктивных катушек, используемых для передачи мощности переменного тока от одной катушки к другой. Часто количество витков в каждой катушке устанавливается так, чтобы создать увеличение или уменьшение напряжения от активной (первичной) катушки к обмотке без питания (вторичной).
- Вторичное напряжение = Первичное напряжение (вторичные витки / первичные витки)
- Вторичный ток = первичный ток (первичные витки / вторичные витки)
СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:
«Переменный ток» и «Постоянный ток» и его приложения
«Переменный ток» и «Постоянный ток» описывает два типа протекания тока в цепи.В постоянном токе электрический заряд или ток течет в одном направлении. В переменном токе электрический заряд периодически меняет направление. Напряжение в цепях переменного тока также иногда меняется на противоположное, потому что ток меняет направление. Большая часть цифровой электроники, которую вы создаете, используя постоянный ток. Тем не менее, некоторые концепции переменного тока легко понять. Большинство домов подключены к сети переменного тока, поэтому, если у вас есть идея подключить свой проект мелодии Tardis к розетке, вам нужно будет преобразовать переменный ток в постоянный. У переменного тока также есть некоторые полезные свойства, такие как возможность преобразовывать уровни напряжения с помощью одного компонента, например, трансформатора, поэтому изначально мы должны выбрать средства переменного тока для передачи электроэнергии на большие расстояния.
Что такое переменный ток (AC)
Переменный ток означает поток заряда, который периодически меняет направление. В результате уровень напряжения также меняется на противоположный вместе с током. Переменный ток используется для подачи энергии в дома, здания, офисы и т. Д.
Генерация переменного тока
Переменный ток может быть произведен с помощью устройства, называемого генератором переменного тока. Это устройство представляет собой особый тип электрического генератора, предназначенного для выработки переменного тока.
Генерация переменного токаПроволочная петля вращается внутри магнитного поля, которое индуцирует ток по проводу.Вращение провода происходит от различных ресурсов, таких как паровая турбина, ветряная турбина, проточная вода и так далее. Поскольку провод периодически поворачивается и меняет магнитную полярность, напряжение и ток на проводе чередуются. Вот небольшая анимация, демонстрирующая этот принцип:
Чтобы генерировать переменный ток в наборе водопроводных труб, мы подключаем механические характеристики поршня, который перемещает воду по трубам вперед и назад (наш «переменный» ток).
Формы сигналов
Переменный ток может иметь несколько форм сигналов, если ток и напряжение чередуются.Если мы подключим осциллограф к цепи переменного тока и построим график ее напряжения, в течение длительного времени мы можем увидеть несколько различных форм сигналов. Синусоидальная волна — наиболее распространенный тип переменного тока. Переменный ток в большинстве домов и офисов имеет колебательное напряжение, которое создает синусоидальную волну.
Синусоидальная волнаДругие формы переменного тока включают прямоугольную волну и треугольную волну. Прямоугольные волны часто используются в цифровой и переключающей электронике, а также используются для тестирования их работы.
Прямоугольная волнаТреугольная волна полезна для тестирования линейной электроники, такой как усилители.
Треугольная волнаОписание синусоидальной волны
Нам часто требуется описать форму волны переменного тока в математических терминах. В этом примере мы будем использовать обычную синусоидальную волну. Синусоидальная волна состоит из трех частей: частоты, амплитуды и фазы.
Рассматривая только напряжение, мы можем описать математическое уравнение синусоидальной волны:
V (t) = Vp sin (2πft + Ø)
V (t) — это наше напряжение как функция времени, что означает что наше напряжение меняется со временем.
ВП — амплитуда. Это описывает максимальное напряжение, которое наша синусоида может достигать в любом направлении, означает, что наше напряжение может быть + VP вольт, -VP вольт.
Функция sin () указывает, что наше напряжение будет в форме периодической синусоидальной волны, которая представляет собой плавные колебания около 0 В.
2π — это константа, которая преобразует частоту из циклов или герц в угловую частоту (радиан в секунду).
f указывает частоту синусоидальной волны. Это указывается в герцах или единицах в секунду.
t — наша зависимая переменная: время (измеряется в секундах). По мере того, как меняется время, наша форма волны меняется.
φ описывает фазу синусоидальной волны. Фаза — это мера того, насколько сдвинута форма сигнала во времени. Часто это число от 0 до 360, которое измеряется в градусах. Из-за периодической природы синусоидальной волны, если форма волны сдвинута на 360 °, она снова становится такой же, как если бы она была сдвинута на 0 °. Для простоты мы предполагаем, что в остальной части этого руководства фаза равна 0 °.
Мы можем обратиться к нашей надежной розетке за хорошим примером того, как работает форма сигнала переменного тока. В Соединенных Штатах в наши дома подается питание переменного тока с размахом 170 В (амплитуда) и 60 Гц (частота). Мы можем вставить эти числа в нашу формулу, чтобы получить уравнение
V (t) = 170 sin (2π60t)
Мы можем использовать наш удобный графический калькулятор для построения графика этого уравнения. Если графического калькулятора нет, мы можем использовать бесплатную онлайн-программу для построения графиков, такую как Desmos.
Приложения
Домашние и офисные розетки почти всегда используются в сети переменного тока. Это связано с тем, что создание и транспортировка переменного тока на большие расстояния относительно просты. При высоком напряжении, например, более 110 кВ, при передаче электроэнергии теряется меньше энергии. Более высокие напряжения означают более низкие токи, а более низкие токи означают меньшее тепловыделение в линии электропередачи из-за сопротивления. Переменный ток можно легко преобразовать из высокого напряжения с помощью трансформаторов.
AC также может приводить в действие электродвигатели.Двигатели и генераторы — это одно и то же устройство, но двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Это полезно для многих крупных бытовых приборов, таких как холодильники, посудомоечные машины и т. Д., Которые работают от сети переменного тока.
Что такое постоянный ток (DC)
Постоянный ток означает однонаправленный поток электрического заряда. Он производится из таких источников, как батареи, источники питания, солнечные элементы, термопары или динамо-машины. Постоянный ток может течь в проводнике, таком как провод, но также может течь через изоляторы, полупроводники или вакуум, как в электронных или ионных пучках.
Генерация постоянного тока
Постоянный ток может генерироваться несколькими способами
- Генератор переменного тока, подготовленный с помощью устройства, называемого «коммутатор», может производить постоянный ток
- Преобразование переменного тока в постоянное с помощью устройства, называемого «выпрямителем»
- Батареи обеспечивают постоянный ток, который образуется в результате химической реакции внутри батареи.
Используя нашу аналогию с водой, можно сказать, что постоянный ток подобен резервуару с водой со шлангом на конце.
Генерация постоянного токаБак может выталкивать воду только в одном направлении: из шланга.Как и в случае с нашей батареей постоянного тока, когда резервуар опустеет, вода больше не течет по трубам.
Описание DC
Постоянный ток определяется как «однонаправленный» ток; и ток течет только в одном направлении. Напряжение и ток могут изменяться в течение длительного времени, поэтому направление потока не меняется. Для упрощения предположим, что напряжение является постоянным. Например, батарея обеспечивает 1,5 В, что можно описать математическим уравнением как:
В (t) = 1.5V
Если мы построим график с течением времени, мы увидим постоянное напряжение
График постоянного токаПриведенный выше график означает, что мы можем рассчитывать на то, что большинство источников постоянного тока обеспечат постоянное напряжение с течением времени. На самом деле батарея будет медленно разряжаться, а это означает, что напряжение будет падать по мере использования батареи. В большинстве случаев мы можем предположить, что напряжение постоянно.
Приложения
Все проекты в области электроники и запчасти для продажи на SparkFun работают на DC. Все, что работает от батареи, подключается к стене с помощью адаптера переменного тока или использует USB-кабель для питания, зависит от постоянного тока.Примеры электроники постоянного тока:
- Мобильные телефоны
- Фонари \
- D&D Dice Gauntlet на базе LilyPad
- Телевизоры с плоским экраном (переменный ток переходит в телевизор, который преобразуется в постоянный ток)
- Гибридные и электрические автомобили
Таким образом, это все о том, что такое переменный ток, постоянный ток и их применения. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или любых электрических и электронных проектов, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос, в чем разница между переменным током и постоянным током ?
Фото:
.